文摘

的一个最有前途的治疗糖尿病(DM)是干细胞治疗。本研究旨在阐明糖尿病作用的间充质干细胞(msc)链脲霉素(STZ)——诱导DM在发展中雄性老鼠。24男性白化大鼠(4周)被分成控制,糖尿病患者,糖尿病+ MSCs1 (STZ治疗后一周收到msc)和糖尿病+ MSCs2(收到msc STZ治疗后4周)。糖尿病大鼠有明显损伤( )的血清葡萄糖、胰岛素、c -肽、糖化血红蛋白(HbA1c),丙二醛(MDA)、总抗氧化状态(助教)和总氧化剂状态(TOS)除了破坏的计算值的稳态模型评估胰岛素抵抗(HOMA-IR),胰腺β细胞功能(HOMA -β),和氧化应激指标(OSI)。这些生化改变经组织病理学和超微结构的评估显示显著的破坏性影响胰岛细胞。MSC治疗早期阶段扭转大多数生化,组织学和超微结构的改变STZ-induced糖尿病模型和恢复正常的细胞的人口大部分腺泡的朗格汉斯细胞和胰岛。这些结果表明,MSC治疗STZ-induced糖尿病老鼠在发展早期阶段的能力β细胞修复和血液血糖稳态的控制。

1。介绍

糖尿病(DM)是最重要的内分泌紊乱和全球公共卫生问题的特点是高血糖作为其标志特征。这个损失产生胰岛素的胰腺疾病的结果β细胞被称为1型糖尿病(T1DM)或遗失的激素反应在其目标组织如脂肪组织和肌肉被称为2型糖尿病(T2DM)病人体内1]。固执的糖尿病的血糖浓度产生的结果生成自由基导致氧化应激在糖尿病的病理生理学中起着重要的作用。DM患者有高许多严重疾病的风险和可能受到不可逆转的伤害,故障,许多器官和缺陷,包括皮肤、肾、眼、神经、心(2]。

由于高血糖引起的不良反应在不同的身体器官,许多研究采用各种轨迹克服病理的影响。T1DM取决于患者每日注射胰岛素;然而,外源性的胰岛素无法准确和动态像从内源性胰岛素分泌β细胞,因此只能部分减少疾病发展的并发症的风险(3]。

到目前为止,试验开发有效的免疫抑制修复抑制β细胞损失在DM出现有限的成功(4]。因此,内源性胰岛素分泌的重建是一个非常重要的目标来维持血糖浓度在正常范围,以及减少或避免并发症的高血糖和病人的需要由外源性胰岛素血糖管理的自我管理。再生医学的最新进展利用利用干细胞不同细胞和组织的修复和再生。在这种情况下,分泌细胞的移植获得人类胚胎干细胞(为)已经被建议作为糖尿病的治疗方案(5]。尽管如此,周围的伦理困惑人类胚胎毁灭的,仍然是一个主要障碍治疗药物的开发基于人类胚胎干细胞(为)6]。个人态度非常坚定地嵌入在基本的道德价值观,构建一个明确的政策,每个人都能达成一致似乎难以置信。这种道德困境反映在世界各地的许多块hESC规律研究(7]。

间充质干细胞(msc)已成为有希望的候选人治愈许多疾病由于其独特的特征属性像自我更新,transdifferentiate immune-suppressive潜力和能力。他们很容易获得不同组织来源,如脐带,骨髓(BM),脂肪组织,拒绝的最小的风险,许多先前的研究提供的证据价值的角色。msc用于皮肤修复和再生在严重的燃烧和糖尿病伤口(8),除了他们的角色在恢复和再生β胰腺细胞(9,10]。我们所知,很少有试验进行了有益作用改善T1DM的msc在发展中哺乳动物。因此,目前的工作的目的是为了阐明MSC输液的潜在改善高血糖在链脲霉素(STZ)诱导糖尿病发展中雄性老鼠,进行生化、组织学和超微结构的方法。

2。材料和方法

2.1。实验动物

24男性发展白化大鼠(4周),身体的重量从60到80岁g和一个月都从埃及获得组织生物制品、疫苗、埃及吉萨金字塔。动物们被安置在透明的塑料笼子(2动物/笼)与木屑作为房间床上用品(温度范围的控制条件 ,相对湿度的 ,和一个12 h光/暗周期)。动物喂养随意使用标准饮食和适应在实验室一周(从产后28天到产后一天35)之前的实验。实验进行了平行于道德标准和根据批准的指导当地机构夏姆斯大学动物伦理委员会。

2.2。诱导的实验性糖尿病

大鼠禁食12小时一直呈现糖尿病由一个刚做好的STZ腹腔注射(IP) (Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)的剂量45毫克/公斤体重溶解在冰冷的生理盐水( )卷1毫升/公斤的体重的11]。为了避免低血糖和死亡率,老鼠被允许喝5%葡萄糖溶液注射STZ后一夜之间随意。从尾静脉血液采集标本72 h STZ政府后,空腹血糖(FBG)浓度是决定通过一个触摸ultra-glucometer和血糖条兼容。老鼠表现出 被认为是糖尿病和被选作实验。控制老鼠注射生理盐溶液平行于治疗组在整个研究过程中。

2.3。准备和隔离骨髓(BM)派生的间充质干细胞(msc)

骨髓提取从10只成年雄性白白化病老鼠的胫骨和股骨通过冲洗杜尔贝科修改鹰的介质(DMEM)加上10%胎牛血清。用密度梯度分离有核细胞,然后在完全培养基补充resuspended penicillin-streptomycin 1%。作为主要文化或在大殖民地的形成,细胞37°C 5%湿润孵化有限公司212 - 14天。大殖民地(80 - 90%的融合),形成的文化与磷酸盐缓冲盐水洗两次(pH值7)和使胰蛋白酶化5分钟37°C和0.25%胰蛋白酶在1毫米EDTA。细胞被resuspended serum-augmented中离心和孵化后50厘米2培养瓶(Falcon)。由此产生的文化被认为是首次通过文化根据Alhadlaq和毛12]。msc是由梭形轮廓和粘合度(13]。

细胞在洗resuspended缓冲区(BD生物科学、德国)经过短暂离心。45分钟,在室温下,300毫升的细胞悬液与抗体孵化CD29, CD105、CD34、和CD90共轭allophycocyanin (APC),青蓝5 (CY5),藻红蛋白(PE)和异硫氰酸荧光素(FITC)染料,分别。FACSCalibur (BD生物科学,德国)是用于流式细胞术和细胞追求软件被用于分析。

2.4。实验设计

老鼠被分为四组动物(6)如下。

组(对照组):健康老鼠收到生理盐溶液平行于治疗组在整个研究过程中。

第二组(糖尿病组):STZ-induced糖尿病大鼠。

第三组(糖尿病+ MSCs1集团):单剂量的msc(0.5毫升含有 细胞/鼠)是通过尾静脉注射14在有STZ-induced糖尿病的老鼠。这个剂量是在早期阶段进行(执行一周后诱导糖尿病,即。老鼠,一周糖尿病发展)。

第四组(糖尿病+ MSCs2集团):单剂量的msc(0.5毫升含有 细胞/鼠)通过尾静脉注射(第三组)在糖尿病大鼠在后期阶段(4周后诱导的糖尿病,即。老鼠,四周糖尿病发展)。

2.5。血清和组织样本的集合

7天的MSC注射后,动物禁食过夜,然后光下麻醉乙醚麻醉。心脏穿刺收集的血液样本,然后离心机 10分钟在4°C血清,立即使用之前储存在-80°C。胰腺组织样本也来自老鼠所有组的组织学和超微结构的研究。

2.6。血清生化分析
2.6.1。葡萄糖、胰岛素、c -肽、糖化血红蛋白

血清葡萄糖浓度化验后葡萄糖氧化酶法(15),而rat-specific酶联免疫吸附试验工具被用来量化血清胰岛素水平(ELISA、晶体化学的埃尔克格罗夫,美国)和c -肽(ELISA、DRG仪器,GmbH,马尔堡,德国)。的水平糖化血红蛋白(HbA1c)估计在血清Nayak和Pattabiraman[描述的方法之前16]。

2.6.2。稳态模型评估

稳态模型评估胰岛素抵抗(HOMA-IR)和胰腺β细胞功能(HOMA -β)计算使用空腹血清胰岛素、空腹血清葡萄糖浓度根据以下方程(17]: ;

2.6.3。氧化压力参数

脂质过氧化(LP)测量方法后德雷伯和哈德利18]。这种方法取决于能力的丙二醛(MDA),第二个脂质过氧化的产物,与硫代巴比土酸反应活性物质(TBARS)。由此产生的有色产品的吸光度测定spectrophotometrically 532海里。

血清总抗氧化状态(助教)水平测定Erel后的方法(19),这是基于漂白的green-bluish颜色2,2 - - - - - -azino-bis (3-ethylbenz-thiazoline 6-sulfonic酸)(abt)自由基阳离子通过样品抗氧化剂。分析校准使用稳定抗氧化标准溶液称为Trolox等效(Trolox情商),结果是表达更易Trolox Eq / l。

血清总氧化剂状态(TOS)水平测定根据Erel[描述的方法20.]。这种方法是基于氧化亚铁ion-chelator复杂到铁离子在酸性条件下样品中的各种氧化剂。分析校准使用过氧化氢,和表达的结果μ摩尔H2O2情商/ l。

氧化应激指标的值(OSI)使用以下公式计算: (21]。

2.7。组织学和超微结构的准备工作

小块的胰腺就固定在水Bouin 24小时的解决方案。石蜡包埋的部分(5μ米厚度)与苏木精和伊红染色(22),显微镜下检查,根据需要进行了显微照片。至于电子显微镜的准备工作如戴克斯特et al。所述23),刚切除胰腺组织样本切成很小的块和固定在2.5%戊二醛4 h和2%多聚甲醛在0.1摩尔甲次砷酸盐缓冲(pH值:7.4)。1%的缓冲溶液中样本后缀四氧化锇在4°C 1 - 5 h。其次是在提升等级的乙醇脱水,清除氧化丙烯两个变化,每人5分钟,嵌入在环氧树脂环氧树脂。Semithin部分1μ米厚度与甲苯胺蓝染色和亮视场光显微镜下调查。超薄部分被削减,安装在形成var-coated网格和染色与醋酸双氧铀及柠檬酸铅(24]。部分检查和拍照Jeol透射电子显微镜(Jeol Inc .皮博迪,妈,美国)在区域真菌学和生物技术中心(RCMB),埃及爱资哈尔大学。

1显示一个视觉的总结方法和主要结果。

2.8。统计分析

所有生化数据被表示为 (6大鼠/组)。治疗之间的统计变化被单向方差分析评估(方差分析)使用SPSS / 20.0软件随后图基事后测试。一个 值< 0.05被认为是具有统计学意义。

3所示。结果

3.1。生物化学分析

血清葡萄糖糖化血红蛋白、胰岛素和c -肽进行评估监控血糖的实验组和对照组大鼠的状态。图中的数据2展示不可思议的增加( )血清中血糖和糖化血红蛋白水平伴随着显著的胰岛素和c -肽水平下降STZ-induced糖尿病组与对照组相比。同时,治疗糖尿病的发展与单剂的大鼠msc在早期阶段(糖尿病+ MSCs1集团)缓解所有的测量血糖指数。然而,治疗糖尿病的发展与单剂的大鼠msc在后期阶段(糖尿病+ MSCs2集团)改善这些标记的值相对于STZ-induced糖尿病发展中老鼠但这些值仍明显不同( )而控制动物。

3描述了MSC政府发展的影响糖尿病大鼠的胰岛素敏感性和胰腺癌β细胞功能使用两个简单的数学指标(HOMA-IR和HOMA -β)。在目前的实验条件下,STZ-induced糖尿病发展老鼠显示更高的胰岛素抵抗(HOMA-IR值 vs。 , )和更低的胰腺β细胞功能(HOMA -β vs。 , )。糖尿病的补充发展与msc的老鼠在后期阶段引起轻微的这些参数的调制;然而,他们仍然明显不同( )相对于控制的价值观。另一方面,治疗糖尿病的发展与msc在早期阶段的大鼠胰岛素抵抗的值返回非常接近(HOMA-IR值控制的动物 vs。 , )和改善胰β细胞的功能,但HOMA -的值β仍明显不同( )从控制的。

评估的潜在影响的MSC移植静脉注射氧化应激指标,MDA的水平,助教,服务条款,OSI测定实验组和对照组的血清发展中老鼠。获得的结果(图4)表明,STZ-induced糖尿病发展中确认的老鼠受到氧化应激显著减少的助教伴随着MDA水平显著提升,服务条款,OSI与对照组相比。轻微调制这些氧化应激指标的值被记录在糖尿病大鼠msc治疗在晚期阶段,但这些标记仍明显不同( )相比与相应的控制。同时,糖尿病的治疗发展与msc在早期阶段诱发的大鼠显著减轻( )在所有的氧化应激指标来衡量。

3.2。组织学和组织病理学观察

控制发展中鼠的胰腺覆盖着一层薄薄的胶囊发送的结缔组织隔膜,分离胰腺小叶。腺泡周围一个基板由一个微妙的鞘的网状纤维。它有丰富的毛细血管网。胰腺是一个混合外分泌和内分泌腺。外分泌部分由腺泡的细胞与基底核锥体的形状,具有颗粒顶端。插入管穿透部分成腺泡形成泡心细胞构成的intra-acinar部分插入导管。胰腺的内分泌部分叫做胰岛分散在胰腺的外分泌部分随机。在胰岛内分泌细胞的数量变化。每个胰岛周围是一个很好的胶囊的网状纤维和由多边形或圆形细胞通过苏木精和伊红染色比(或不重)轻胰腺腺泡的细胞和安排在绳子由正弦信号(数字5(一个)5 (b))。有三种不同类型的细胞,但它们很难通过光学显微镜分化。

组织学检查部分STZ-induced胰腺的糖尿病发展老鼠说明病变胰腺外分泌和内分泌的部分。胰腺腺泡显示焦点腺泡的破坏范围从细胞质空泡形成,核固缩的腺泡的坏死的腺泡细胞受损的毛细血管的血液外渗形成出血性外观(数字5 (c)5 (d))。内分泌部分显示广泛的损伤的胰岛中似乎是不规则的形状,减少它们的大小。

大多数大鼠的胰腺组织的组织学结构的糖尿病+ MSCs1组显示正常组合在腺泡的细胞和胰岛细胞之间的除了几个空泡的存在一些胰岛(数字5 (e)5 (f))。

尽管一些糖尿病大鼠的胰腺组织+ MSCs2集团透露温和复苏,但多数腺泡的细胞表现出与karyolysed核细胞空泡形成。受损的血管与广泛水肿也观察(图5 (g)),减少胰岛大小也指出(图5(h))。

3.3。超微结构的观察

电子显微镜检查胰腺控制发展的老鼠显示的精细结构和胰岛腺泡的细胞。腺泡细胞的细胞质中含有大量的数组的完好的粗糙内质网池,线粒体和大量电子致密的分泌颗粒变量大小在顶端部分(图6(一))。这些细胞的核基底位于和球面形状,放入鞘中由核膜和核仁,周围茂密的异染色质,同质材料常染色质。胰腺胰岛的控制主要发展中形成老鼠β细胞。它们的细胞质中含有大量电子致密分泌颗粒包围宽朗讯光环和圆形的常染色质的原子核(数字6 (b)6 (c))。

电子显微镜检查胰腺的糖尿病组显示胰腺腺泡的变化由扩张和分散的粗糙内质网,减少分泌颗粒,有液泡的线粒体,除了收缩和致密的细胞核。同时,血液正弦信号被hemolysed血细胞(数据拥挤6 (d)6 (e))。的β糖尿病大鼠的胰腺的细胞显示明显空泡形成和分泌颗粒减少,融合一些颗粒,致密的核(图6 (f))。

早期治疗后明显改善胰腺腺泡和msc(糖尿病+ MSCs1集团)由发酵菌颗粒的增加,常规核膜和扁平的粗糙内质网,线粒体(图的影响较小6 (g))。治疗早期阶段(一周糖尿病发展中老鼠)与msc透露常染色质的原子核,一些液泡β细胞,分泌颗粒的增加与糖尿病的相比,和线粒体出现几乎正常,除了一些人出现并(数字6 (h)6(我))。

电子显微镜检查胰腺的糖尿病大鼠msc治疗发展(糖尿病+ MSCs2集团)在后期阶段(四周糖尿病发展中老鼠)显示,胰腺腺泡明显变性由粗糙内质网扩张,分泌颗粒减少,线粒体变性,除了收缩核不规则核膜包围。拥挤的血液正弦信号伴随着hemolysed血细胞也见过(数字6 (j)6 (k))。β线粒体细胞表现出明显的细胞质空泡形成,严重退化,减少分泌颗粒融合的一些颗粒,和致密的核(图6(左))。

4所示。讨论

DM被排名为世界上第五大死因(25]。msc治疗T1DM的有效作用已经被一些研究人员报道。这是支持与msc分化成胰岛素生产细胞的能力,可以用来取代受损的胰腺β细胞(26,27]。在这种背景下,目前的调查旨在阐明潜在的msc在STZ-induced改善高血糖糖尿病发展中雄性老鼠,生化、组织学和超微结构的方法。

在目前的研究中,证实了T1DM诱导获得的显著增加血清水平的血糖和糖化血红蛋白是伴随着显著下降的血清胰岛素和c -肽水平STZ-treated发展与控制的老鼠相比值。此外,注射STZ导致显著提升胰岛素抵抗增加HOMA-IR表示,大幅下降β细胞功能降低HOMA -所示β。这些与其他研究结果一致28,29日]表明STZ政府诱导进步β细胞功能障碍在老鼠身上。

STZ是穿透细胞毒性葡萄糖模拟β2细胞通过葡萄糖转运体的质膜(30.]。内部β被STZ诱导细胞,生化途径导致DNA分裂和细胞死亡:(i) DNA甲基化通过生产阳碳离子激活核酶聚ADP-ribose合成酶,因此导致河畔+损耗;(2)一氧化氮产量,(3)自由基的生成和(iv)改变NF -κB-based细胞信号(31日,32]。

血清c -肽含量是一个真正的预测任何变化在胰岛素的水平,因为它是cosecreted与胰岛素的胰岛细胞的胰岛素原酶乳沟的副产品胰岛素(33]。HOMA-IR已被证明是一个健壮的方法替代评估胰岛素抵抗[34]。在当前的研究中,糖尿病大鼠的高值获得HOMA-IR符合Rossetti et al。35]证明高葡萄糖水平诱导胰岛素抵抗的发展周组织由于胰岛素分泌缺陷和胰岛素敏感性。高血糖诱导胰岛素抵抗的生化基础尚不清楚。可能归因于葡萄糖胰岛素受体的结构修改和交付系统,导致中断信号传播(36]。

从目前获得的观测光和电子显微镜的研究清楚地表明,管理链脲霉素诱导各种组织学和超微结构的改变发展中鼠的胰腺组织。这些组织病理学变化包括胰腺腺泡的细胞变性和坏死,严重损害胰岛。胰腺腺泡显示焦点腺泡的破坏伴随着从受损的毛细血管血液外渗(数字5 (c)5 (d))。此外,胰腺β减少细胞显示它们的大小和数量以及标记细胞变性由细胞质空泡形成和核固缩(图表示6 (f))。这些结果是兼容的,确认的结果能接受的调查人员(37- - - - - -40在他们的研究alloxan-induced糖尿病大鼠的胰腺。损伤血管的血液外渗引起的问题没有足够的氧气到达胰腺组织导致组织变性和坏死(39,41]。

沿着同一条直线,电子显微镜的观察糖尿病大鼠的胰腺细胞和动物与msc治疗晚期糖尿病发展老鼠(四周)胰腺腺泡表现出显著的变化集中在线粒体空泡形成和退化,粗糙内质网扩张,分泌颗粒和次要的外观(数字6 (d),6 (e),6 (j),6 (k))。同时,β细胞显示减少分泌颗粒和核致密的外观(体现数据6 (f)6(左))。类似的退行性特征观察βstreptozotocin-diabetic成年老鼠的细胞与阿卡波糖治疗Rumex默认l . (42]。据报道,线粒体功能障碍可导致细胞损伤和凋亡43]。在这方面,Bogolepov [44)表示,组织空泡状态被认为是一个结构扰动的迹象细胞膜的渗透性,导致水的运输和发电的细胞可能导致细胞变性。

目前的调查显示,注入msc大大抑制损伤β细胞修复和增强他们的改善葡萄糖,胰岛素、c -肽、胰岛素抵抗,和β细胞的功能。这些结果与那些得到赞同Mansor et al。45和该镇实行等。46)表明,msc具有组织修复和/或cytoprotective潜在由于他们优惠归航财产和重大胰岛重建受损的胰腺组织。此外,单一剂量的msc治疗大大改善胰岛素敏感性在糖尿病发展中雄性老鼠。在早期阶段获得的改进最突出(执行一周后诱导糖尿病)与后期阶段(4周后诱导的糖尿病)执行。上述结果证实通过组织学和超微结构的观察糖尿病大鼠msc治疗发展初期(糖尿病+ MSCs1集团)恢复正常的细胞显示人口的腺泡的细胞和胰岛朗格汉斯(数字5 (e),5 (f),6 (g)- - - - - -6(我))。

腺泡细胞的修复可能是由于msc的快速分化成正常功能的腺泡的细胞因为不成熟的细胞,破坏细胞的存在帮助在组织和细胞再生47]。在这方面,一些作者提出以下模式再生。首先,新从先前存在的腺泡细胞腺泡的细胞数目激增。第二,脱粒和duct-like腺泡细胞redifferentiate正常腺泡的状态(48- - - - - -50]。

考虑到MSC与免疫反应的交互机制,MSC具有广泛的众多的免疫调节功能,导致免疫抑制效应函数通过与免疫细胞的相互作用在先天和适应性免疫系统,包括B细胞、T细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞,中性粒细胞,巨噬细胞(51]。msc还通过分泌多种趋化因子促进新陈代谢,生长因子,细胞因子,以及产生大量secretomes和蛋白质组。这些生物活性分子参与免疫调节行为,调节造血干细胞移植,MSC分化和控制血管生成和细胞凋亡52,53]。

众所周知,msc产生有用的方法治疗许多疾病由于transdifferentiate尽管它们的属性作为自我更新能力和免疫抑制的潜力。2013年,魏et al。54),Dimarino et al。9,帕特尔et al。10)报道,msc可以通过旁分泌机制和发挥他们的行为导致的细胞修复损伤。不同的报告在成年哺乳动物实验显示,没有证据β细胞再生后化学消融术(55,56]。与此同时,在年轻的啮齿动物,β细胞增殖是相当高的随着年龄的增长和迅速减少(57- - - - - -59]。

在目前的调查,发现在胰腺的老鼠的第三组(糖尿病+ MSCs1;一周的糖尿病大鼠),受影响最严重的细胞β细胞比δα细胞。这可能表明一个静脉注射的msc在早期发展中老鼠的出现导致了β细胞δα细胞。因此,早期治疗的糖尿病大鼠msc可以发挥重要作用限制在早期的1型糖尿病。在这方面,Thorel et al。60)和Chera et al。61年)报道,极端的损失β细胞加速胰腺的转换δα细胞β细胞。另一方面,这样的改善和恢复的程度似乎大大降低动物的胰腺的第四组(糖尿病+ MSCs2,即。,四周糖尿病发展中老鼠)这意味着当老鼠成为老,腺泡细胞和再生的机会β细胞变得微不足道,这同意报告的解释卡塞姆et al。62年),迈耶et al。63年),科勒et al。64年格雷格,et al。65年谁说的β在人类细胞只发生在早期的童年。

最后,由于我们的研究,我们提倡扩大干细胞治疗,尤其是在儿童糖尿病的情况下,基于干细胞来源的道德预防措施和按照宗教和法律。下一步可能会尝试不同的干细胞来源和剂量在治疗病人看它们是多么有效。

5。结论

基于本研究的结果,我们可以得出这样的结论:更多的MSC STZ-induced糖尿病大鼠的治疗在早期阶段,在年轻的时候增加了复苏的机会相比,损伤在稍后的阶段,老年,这些回到第一个细胞的能力状态血液中血糖恢复体内平衡和控制。

数据可用性

在这项研究中提出的数据都可以在请求从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者表达自己的深度和穆罕默德教授诚挚的感谢。夏姆斯大学a·萨因胚胎学教授,在这项研究提供宝贵的指导。